一种基于脉冲压缩的机载条带SAR重叠子孔径实时成像算法

该文提出了一种基于距离向脉冲压缩体制的机载条带SAR重叠子孔径(OSA)实时成像算法,可直接应用于未采用去斜接收技术的条带机载SAR实时成像处理系统。该算法在距离向采用脉冲压缩技术、方位向采用OSA信号处理方法,能够在成像过程中完成距离徙动校正并消除空变相位误差,得到条带模式下的高分辨率图像。首先分析了条带模式SAR几何关系,然后在脉冲压缩体制下建立了回波模型并对成像流程进行了详细的数学推导,最后对运算量、存储量与成像范围进行了计算分析,对点目标数据进行了仿真,利用实时处理平台对原始数据进行了成像,验证了算法的高时效性。      

机载大斜视条带SAR的高分辨聚束成像处理

基于条带模式和聚束模式合成孔径雷达的内在联系,提出一种将条带回波信号划分成等效聚束子孔径数据,并利用波数域算法进行聚束成像的方法。该算法首先对回波数据进行两维的频域匹配滤波,然后在距离波数域中利用Stolt插值变换获得两维均匀分布的地物反射率函数的重建频谱,最终通过IFFT成像。在实现场景地物成像处理的基础上,进而利用改进的秩一自聚焦算法实现剩余相位误差的估计及补偿,从而获得目标的高分辨图像。仿真及实测数据的成像效果验证了文中提出方法的可行性及有效性。     

条带SAR重叠子孔径算法成像限制的研究

直接面向距离向脉冲压缩的条带重叠子孔径算法(Overlapped Subaperture Algorithm,OSA)成像算法无需在接收端进行去斜处理,在距离向采用脉冲压缩获得高分辨率,在方位向通过子孔径划分、二级FFT获得高分辨率。该算法在方位向第一级处理时需在子孔径内忽略波前弯曲效应、完成低分辨率成像,距离向脉冲压缩之前需要将距离方位的耦合误差限定在一定范围内并进行补偿,因此引入了算法的使用前提条件。对适用于距离向脉冲压缩条带OSA算法的成像限制进行了研究,简单介绍了成像算法的回波模型与算法流程并引入了算法使用限制条件,对使用限制条件进行了详细的数学推导,明确了算法适用范围,总结了影响方位向与距离向成像尺寸、子孔径划分的主要因素。通过条带SAR重叠子孔径算法成像限制的研究对雷达系统参数选取、技术指标制定和成像处理参数选取等有指导意义。     

基于改进PFA的车载大斜视SAR成像算法

为了应对车载毫米波雷达大斜视成像困难的问题,本文提出一种改进的极坐标格式算法（Polar Format Algorithm, PFA）对条带车载毫米波雷达斜视回波进行基于子孔径拼接的成像。该算法从条带数据与聚束数据的特点出发,将全孔径回波划分为子孔径,利用PFA处理子孔径数据。由于PFA存在波前弯曲误差,子图像不能直接拼接,因此对每一幅子图像进行几何失真校正。同时,以重叠子孔径的划分方式保证成像结果的高分辨率。最后截取子图像进行拼接得到条带SAR成像结果。所提方法解决了车载毫米波雷达大斜视情况下两维耦合严重的问题。通过对点目标和实测数据的仿真与分析验证了所提方法的有效性。     

极坐标格式算法及其在条带SAR成像中的应用

极坐标格式算法(PFA)是一种典型的聚束SAR成像算法。本文从信号相位历程的角度阐述了PFA成像的基本原理，并基于对条带SAR和聚束SAR两种模式的比较，利用二者之间的内在联系，将条带SAR的原始数据进行分块处理并将分块数据等效成为聚束模式数据，然后用PFA对等效数据进行聚束成像。对外场数据的处理证实了理论分析的正确性和本文所提出方法的可行性。     

一种基于子孔径处理的双侧TOPSAR成像信号处理算法

TOPS-SAR通过波束快速扫描可以极大地提高SAR的测绘效率,然而传统TOPS-SAR模式波束只在雷达一侧扫描,为了进一步提高SAR的测绘效率,本文提出了一种改进的TOPS模式,即双侧TOPS-SAR模式。在该模式下,雷达左右两侧分时快速扫描,可以克服传统扫描模式只能一侧成像的缺陷。针对该新模式,提出了一种基于子孔径的成像处理方法,该方法通过子孔径成像并进行图像拼接,实现天线波束扫描与成像同时进行。仿真和实测数据处理结果验证了该算法的有效性。      

基于条带式SAR与聚束式SAR内在联系的SAR成像研究

针对条带式合成孔径雷达（stripmap sar）与聚束式合成孔径雷达（spotlight sar）的方位向频谱结构,讨论了两种模式SAR之间的区别与联系,利用两者之间的内在联系,提出斜视条件下将条带式SAR数据分块,进行聚束式处理的方法,并对聚束式成像区域大小参数的选择进行了分析.对于相同尺寸的成像区域,对条带式SAR进行聚束式处理可以减小运算量.采用空间频率插值成像算法实现了条带式SAR与聚束式SAR成像算法上的统一,最后应用外场实测数据完成成像,成像结果证实了理论分析的正确性.     

基于方位Deramp处理的宽覆盖DBS全孔径成像方法

为了获得大幅宽多普勒波束锐化(DBS)图像,现有的DBS成像算法往往需要进行复杂图像拼接.此外,现有成像方法为了保证DBS图像的锐化比恒定,除了要实时调整波束扫描速度外,还需要实时调整脉冲重复频率或积累脉冲个数,使得系统复杂度显著增加.文中在深入研究DBS成像机理的基础上,提出了一种基于方位Deramp处理的宽覆盖DBS全孔径成像方法.该方法利用方位Deramp消除了全场景回波的多普勒频谱混叠,无需进行图像拼接,通过一次全孔径FFT就能获得宽覆盖DBS图像.同时,只需实时调整波束指向,该方法就能实现恒定锐化比成像.实测数据处理结果证明文中方法的有效性.     

距离弯曲误差校正在条带模式SAR成像中的应用

介绍了用极坐标格式算法处理条带模式合成孔径雷达数据时距离弯曲的校正方法。距离弯曲会给图像带来两种形式的失真,一种是keystone形式的几何失真,另一种是空变的散焦。在大成像场景、低载频和近距离等情况下,这些失真会变得尤其严重。距离弯曲不仅影响图像的质量,而且限制了成像区的大小。文中改进了通常采用的图像域重采样的方法校正几何失真,通过对图像域的空变滤波去除散焦,这些校正方法适用于聚束模式中正侧视和斜视,而且计算量较小,对斜视数据的校正不会增加运算量,并且通过参数仿真和实测数据处理的实验结果验证了算法的有效性。     

弹载SAR宽域成像的扫描参数设计

针对弹载条带合成孔径雷达(SAR)在末制导阶段由于波束覆盖范围窄和成像时间短,不易获得所要求的大面积图像的问题,提出了一种新的波束扫描方案,并根据导弹在末制导阶段的飞行特点,结合子孔径处理方法,对波束扫描参数进行了理论分析和设计.仿真结果表明,与条带SAR相比,该扫描SAR能有效地在较短的数据录取时间内获得大面积的SAR图像.     

环视SAR成像处理中的几何失真校正方法

环视合成孔径雷达（SAR）工作于波束扫描模式,雷达天线以垂直地面方向为轴线作圆锥扫描,实现对载机周围360°范围内的聚焦成像。为了研究环视SAR成像处理中几何失真校正问题,通过波束扫描至空间不同位置处的成像几何关系,分析了成像过程中引起几何失真的机理,提出了一种基于子图像素实际地理坐标的几何失真校正方法。利用文中给出的方法对实测环视SAR数据进行处理,得到无几何失真的SAR图像,证明该方法有效。     

Prediction of SAR focus performance using ephemeris covariance

Synthetic-aperture radar (SAR) focus can be achieved based on either accurate ephemeris data or SAR processing parameters obtained from an autofocus process. For an SAR mapping project, a decision to choose one approach must be made in the early phase of system design. This requires a detailed analysis to predict the focus performance based on the predicted performance of the ephemeris data. For the Magellan project, this analysis is complicated by the facts that the Magellan radar is operated in a burst mode, and the Magellan radar maps the surface of Venus from a highly elliptical orbit. An analysis that is general enough so that both the strip mapping mode SAR system and the burst mode SAR system are considered is presented. The final result indicates that the ephemeris data obtained from the Magellan navigation system provides sufficient accuracy for meeting the Magellan image resolution requirement     

基于惯导的机载斜视SAR运动补偿研究

本文建立了斜视SAR运动误差模型,采用了一种基于惯导的运动补偿方法。在正侧视角度分解的基础上,针对斜视的特点对分解方法进行了改进,在此基础上进行了速度矢量投影并完成包络校正和相位误差补偿。该方法计算量小,避免了分段估计斜视角从而引入的图像拼接问题。实测数据结果表明其适应性强,在较大斜视角情况下能够得到质量较高的SAR图像。     

后向投影成像算法的GPU优化方法研究

合成孔径雷达(SAR)成像算法能够通过图形处理器(GPU)加速来实现处理速度的显著提升。针对后向投影(BP)成像算法的GPU加速,分析了BP算法的并行化和并行处理方法,提出了一种适合GPU加速的BP成像方案;通过研究GPU设计中的多流异步执行技术、数据传输模式和计算速度与精度,进一步提出一种针对BP成像的GPU优化成像方案。通过仿真数据和实测数据在Tesla C2075上的测试结果表明,与GPU非优化方案的实现相比,该方案有了近一倍的速度提升。     

机载条带SAR图像无参考点定位技术

机载合成孔径雷达（SAR）图像无参考点定位技术广泛应用于导航、制导和火控等领域。文中考虑条带SAR成像模式,将成像场景假定为水平面,推导了基于非线性频调变标（NCS）算法和距离多普勒（RD）算法的图像无参考点定位公式体系,分析了多普勒参数估计误差、斜距及载机高度测量误差对定位精度的影响;通过计算机仿真验证该无参考点定位方法的可行性,同时给出了有用的结论。     

ScanSAR processing using standard high precision SAR algorithms

Processing ScanSAR or burst-mode SAR data by standard high precision algorithms (e.g., range/Doppler, wavenumber domain, or chirp scaling) is shown to be an interesting alternative to the normally used SPECAN (or deramp) algorithm. Long burst trains with zeroes inserted into the interburst intervals can be processed coherently. This kind of processing preserves the phase information of the data-an important aspect for ScanSAR interferometry. Due to the interference of the burst images the impulse response shows a periodic modulation that can be eliminated by a subsequent low-pass filtering of the detected image. This strategy allows an easy and safe adaptation of existing SAR processors to ScanSAR data if throughput is not an issue. The images are automatically consistent with regular SAR mode images both with respect to geometry and radiometry. The amount and diversity of the software for a multimode SAR processor are reduced. The impulse response and transfer functions of a burst-mode end-to-end system are derived. Special attention is drawn to the achievable image quality, the radiometric accuracy, and the effective number of looks. The scalloping effect known from burst-mode systems can be controlled by the spectral weighting of the processor transfer function. It is shown that the fact that the burst cycle period is in general not an integer multiple of the sampling grid distance does not complicate the algorithm. An image example using X-SAR data for simulation of a burst system is presented     

基于并行MLFMA的SAR舰船目标RCS计算

为提高合成孔径雷达（SAR）图像仿真效果,针对SAR图像中舰船目标雷达散射截面（RCS）计算的精度和效率问题,在利用几何建模方法构建三维舰船模型的基础上,采用并行多层快速多极子算法（MLFMA）计算了舰船目标RCS并分析了该算法的并行加速比。仿真实验表明,并行MLFMA算法适用于高频范围内较大尺寸舰船目标RCS的计算,比物理光学法（PO）和物理光学与矩量混合算法（PO—MOM）具有更高的计算精度且并行方案能明显提高求解目标RCS的效率。     

基于GPU的后向投影SAR成像算法

后向投影(BP)是一种精确的时域合成孔径雷达(SAR)成像算法,但是其巨大的运算量很难满足实时成像的要求,图形处理器(GPU)具有强大的浮点运算和高度的并行处理能力,为BP算法的实时成像提供了一个很好的平台。提出基于GPU的并行化BP算法,利用了四种优化方法对并行化BP算法进行加速,并且针对共享存储器的bank冲突问题提出了相应的解决方法,减少了共享存储器访问时间。最后给出仿真数据的成像结果,结果表明,与传统的基于CPU单线程的BP算法相比,成像速度可达到70倍以上的提升。     

基于压缩感知的多发多收高分辨SAR成像算法研究

压缩感知理论指出,稀疏信号可以通过以低于奈奎斯特采样的测量数据重建出原始信号。针对高分辨率SAR成像在奈奎斯特理论下所面临的高速A／D采样、大数据量存储、传输等问题挑战。本文提出了一种基于压缩感知理论的多发多收高分辨率SAR二维成像算法。该算法减轻了高分辨率SAR成像的压力,采用压缩感知处理降低了A／D采样速率、数据量...